Глюкоза и метаболиты углеводного обмена. Гомеостаз глюкозы. Лабораторная оценка.

Этапы метаболизма углеводов

1. Расщепление поступающих с пищей полисахаридов (крахмал, гликоген) и дисахаридов (сахароза, лактоза) в двенадцатиперстной кишке и тонком кишечнике до моносахаридов.

2. Всасывание моносахаридов (преимущественно глюкоза, меньше фруктоза, галактоза, пентоза) в кишечнике → поступление в систему воротной вены.

3. Образование гликогена из моносахаридов – гликогеногенез (ферменты фосфоглюкомутаза и гликогенсинтетаза). Частично гликоген может образовываться из молочной и пировиноградной кислоты.

4. Распад гликогена в печени с образованием глюкозы – гликогенолиз (фермент активная фосфорилаза – фосфорилаза А).

5. Процесс глюконеогенеза – образование глюкозы из неуглеводных продуктов – аминокислот, пировиноградной и молочной кислоты и др.

6. Расщепление глюкозы в тканях и органах до молочной и ПВК, а затем в цикле Кребса до конечных продуктов CO₂ и Н₂О с освобождением энергии.

Основные пути распада глюкозы

1. анаэробный путь (без потребления кислорода)

2. аэробный - прямое окисление глюкозы

Ключевые ферменты гликолиза – гексокиназа и глюкокиназа. Обеспечивают фосфорилиро-вание глюкозы с образованием глюкозо-6-фосфата.

Гексокиназа фосфорилирует и другие гексозы (фруктозу и галактозу), обнаруживается во всех органах.

Глюкокиназа фосфорилирует только глюкозу. Содержится в печени. Активность регулируется инсулином.

Выделение глюкозы

Через клубочки почек с провизорной мочой с последующей полной реабсорбцией в канальцах нефронов.

Почечный порог для глюкозы– 8-9 ммоль/л (при превышении глюкоза поступает в мочу).

Синтез и распад гликогена

Накопление:

• в печени (до 6% от массы печени). Использование для нужд всего организма.

• в скелетных мыщцах (около 1% от массы мыщц). Использование только для работы мышц.

Анаэробный гликолиз

Распад глюкозы без потребления кислорода. Происходит в цитозоле клетки. Биологическое значение – образование богатых энергией фосфорных соединений.

Общая схема:

Глюкоза → пируват → лактат + 50 ккал

Аэробный метаболизм глюкозы

1. Классический путь (цикл трикарбоновых кислот). Схема: глюкоза → пируват → ацетил-КоА → Н₂О + СО₂ (в цикле Кребса). Происходит в митохондриях.

2. Пентозофосфатный цикл

Протекает в цитозоле клетки. Схема: глюкозо-6-фосфат → рибозо-6-фосфат→ глюкозо-6-фосфат + НАДФН. Биологическое значение: обеспечивает организм восстановленным НАДФН, поставляет пентозофосфаты для синтеза нуклеиновых кислот.

ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ

Синтез глюкозы из неуглеводных продуктов, прежде всего из молочной и пировиноградной кислоты. Предшественниками в глюконеогенезе могут любые соединения, превращающиеся при катаболизме в пируват или один из промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот.

Большинство стадий глюконеогенеза представляет собой обращение реакций гликолиза.

Регуляция уровня глюкозы в крови

Основные регуляторы уровня глюкозы в крови – инсулин и глюкагон, контринсулярные гормоны.

Инсулин

Инсулин – полипептид (53 аминокислоты). Синтезируется в бетта-клетках островков Лангерганса.

Стимуляция секреции: аминокислоты, жирные кислоты, кетоновые тела, глюкагон, секретин.

Подавление секреции: адреналин, норадреналин.

Снижает уровень глюкозы в крови через следующие механизмы:

1. активирует белки-переносчики глюкозы через мембрану клетки.

2. активирует гликогенсинтетазу (накопление гликогена).

3. ингибирует фосфорилазу (задерживает распад гликогена в печени).

4. тормозит глюконеогенез, уменьшая распад белка и повышая его синтез

5. способствует превращению глюкозы в жиры.

6. стимулирует пентозный цикл окисления глюкозы.

Глюкагон

Полипептид (23 аминокислоты). Синтезируется в альфа-клетках островков Лангерганса.

Увеличивает уровень глюкозы в крови через следующие механизмы:

1. Активирует фосфорилазу, усиливая распад гликогена в печени с образованием глюкозы и поступлением ее в плазму (при голодании)

2. Активирует процесс глюконеогенеза

Лабораторные тесты для характеристики углеводного обмена

• Уровень глюкозы в крови

• Уровень глюкозы в моче

• Кетоновые тела в моче

• D-3-гидроксибутират в сыворотке

• Тест на толерантность к глюкозе

• Гликированный гемоглобин

• Фруктозамин

• Уровень инсулина в крови

Глюкоза в крови

• Глюкоза равномерно распределена между клетками и плазмой с некоторым превышением ее концентрации в плазме (на 10-15%).

• Артериальная кровь > венозная кровь > капиллярная кровь.

• При хранении сыворотки крови над сгустком или плазмы над эритроцитами концентрация глюкозы быстро снижается вследствие гликолиза. Поэтому необходимо не позднее 1 часа отделить осадок, либо капиллярную кровь стабилизировать ТХУ. При этом стабильный уровень глюкозы сохраняется в течение 24 часов

Содержание глюкозы в крови и моче

Норма:

в капиллярной крови 2,5-2,75-6,2 ммоль/л

в венозной – 3,3-6,2 ммоль/л

6,3-6,4 ммоль/л - пограничное состояние.

В суточной моче - не более 0,5-1,1 ммоль/л (качественными пробами не улавливается).

Лабораторные методы определения глюкозы

• Редуктометрический (Хагедорна-Иенсена)

• Колориметрический (с ортотолуидиновым реактивом)

• Энзиматические методы:

• Глюкозооксидазный (окисление глюкозы кислородом воздуха в присутствии глюкозооксидазы сообразованием перексиси, которую выявляют восстановленным хромогеном)

• Гексокиназный (основан на оптическом тесте Варбурга). Дорогой, является референтным методом.

Гипергликемия – превышение уровня глюкозы натощак более 6,7-7 ммоль/л.

Гипогликемия –менее 2,5 ммоль/л

Гипергликемия

Основные механизмы формирования:

• Снижение утилизации глюкозы тканями

• Усиленный распад гликогена

• Торможение синтеза гликогена

• Усиленный глюконеогенез

Инсулярные гипергликемии – связаны с недостаточным количеством инсулина или неэффективностью его действия

Внеинсулярные гипергликемии – не зависят от влияния инсулина

ВНЕИНСУЛЯРНЫЕ ГИПЕРГЛИКЕМИИ

1. Гипергликемии на фоне гиперфункции эндокринных желез, продуцирующих антагонисты инсулина:

• Синдром Иценко-Кушинга - -выброс ГК стимулирует процесс глюконеогенеза

• Акромегалия – СТГ снижает фосфорилирование глюкозы, угнетая гексокиназу

• Феохромацитома – увеличенный выброс катехоламинов (особенно во время криза) стимулирует фосфорилазу мышц, усиливает гликогенолиз в печени и мышцах

• Тиреотоксикоз –Т4 усиливает всасывание глюкозы в кишечнике, активирует симпатоадреналовую систему, активирует гексокиназу.

• Опухоли альфа-клеток поджелудочной железы – увеличивается глюкагон.

• Нейрогенные гипергликемии - раздражение клеток головного мозга, особенно продолговатого (сахарный центр на дне 4 желудочка) - при травмах головного мозга, тромбозе мозговых сосудов, кровоизлияниях, в продолговатый мозг и т.д.

• Гипергликемия вследствие острого нарушения кровообращения (инфаркт миокарда) за счет выброса адреналина. Степень гипергликемии при этом невысокая – до 10-11 ммоль/л.

• Эмоциональная гипергликемия

• Гипергликемия на фоне длительного приема лекарственных препаратов – анальгетики, диуретики, гипотензивные (за счет торможения гексокиназы)

Гипогликемии

1. Инсулярные - связаны с абсолютным или относительным увеличением концентрации инсулина:

• Первичный гиперинсулинизм – при инсулиноме.

• Вторичный гиперинсулинизм –у больных сахарным диабетом при восстановлении чувствительности клеток к инсулину, передозировка инусулина при нарушении питания у больных СД.

2. Внеинсулярные

• Гипофункция эндокринных желез – гипофизарно-надпочечниковая недостаточность, микседема.

• Нейрогенная – психотравмы, энцефалит, опухоли мозга.

• Длительной рвота, анорексия

• Обильная лактация, глюкозурия беременных

• Нарушение всасывания углеводов в кишечнике – синдром мальабсорбции

• Новорожденные дети от матерей с СД (гиперплазия бетта-клеток плода в результате гипергликемии матери).

Глюкозурия

В норме не более 0,5 ммоль/л

Профильтрованная в клубочках глюкоза полностью реабсорбируется в проксимальных канальцах с участием ферментов гексокиназы и щелочной фосфатазы.

2 группы глюкозурий:

• Гипергликемические - связаны с увеличением концентрации глюкозы в крови. М.б. при различных заболеваниях или физиологическими.

• Нормогликемические - связаны с нарушением реабсорбции глюкозы в почечных канальцах в результате снижения активности ферментов (наследственные изменения гексокиназы, тубулопатии (Фанкони), интоксикация стрихнином, снотворными, кодеином, морфином, глюкозурия беременных, гломерулонефриты, нефросклероз и т.д.).

Тест на толерантность к глюкозе

Показания: дважды натощак у пациента обнаруживаются пограничные уровни глюкозы. Позволяет выявить латентный сахарный диабет. Если глюкоза натощак более 8ммоль/л тест не проводят.

Схема проведения: Выпить одномоментно глюкозу (взрослому

75 Г в 200 мл воды, ребенку 1,75 г/кг веса, но не более 75 г). Определяют уровень глюкозы натощак, через 30, 60, 90,120 минут.

Коэффициент Бодуэна (гипергликемический)– отношение максимального уровня глюкозы к глюкозе натощак, норма – 1,5-1,6 (не более 1,7).

Коэффициент Рафальского (гипогликемический) – отношение глюкозы через 2 часа к глюкозе натощак – норма 0,9-1,1 (менее 1,3).

D-3-гидроксибутират в сыворотке

Бета-оксимасляная кислота, продукт обмена жирных кислот – главное кетоновое тело в крови.